【基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计7100字（论文）】

基于PLC的全自动洗衣机控制系统设计目□□录TOC\o"1-3"\h\u8224摘要 0276741引言 2291462全自动洗衣机的总体设计 3234262.1全自动洗衣机的工艺要求 3179212.2系统的方案确定 419333系统的硬件设计 565213.1称重传感器的选型 548543.2液位传感器的选型 5163683.3电机的选型 5141143.4I/O分配设计 6143003.5可编程控制器的选型 683683.6接线图设计 729044全自动洗衣机的软件设计 9269804.1编程软件介绍 933054.2功能流程图设计 9251654.3程序的设计 11305844.3.1模拟量转换程序设计 11144374.3.2洗衣过程自动程序设计 12294385结论 213842参考文献 22

1引言由于经济社会的不断进步，如今，越来越多的人开始使用家用电器，如洗衣机。洗衣机在工业生产中被广泛使用。工业洗衣机主要用于洗涤棉、毛等服装面料。但是，传统洗衣机的继电器控制已经不能满足人们日常洗衣机控制的需要。为了将洗衣机从半自动变为全自动，必须重新设计通用的洗涤系统，自动控制水雾和添加洗涤剂，并充分调节衣服的重量。然后根据用户需要指定清洗时间和强度。一旦清洗完毕，自动烘干即完成，且烘干时间本身可调。全自动洗衣机节省了很多人的时间和精力，带来更多的舒适。目前，很多工业环境中洗衣机的性能远远高于家用洗衣机。洗衣机必须在相对恶劣的条件下长时间连续运转，控制系统必须更加可靠和耐用才能最大程度的实现经济效益，但要实现这一点，控制系统需要很高的技术标准。作为一款工业洗衣机，其所带来的经济效益完全可以让人们忽视掉其高昂的成本。全自动洗衣机主要完成洗涤、漂洗、干燥等工序。为了实现洗衣机的完全自动化，按照洗涤、烘干的技术要求，采用了全自动工艺设计。本设计选取了一台全自动洗衣机作为研究课题，对全自动洗衣机的系统设计和功能设计进行论文相应的研究分析。在系统设计中，采用控制单元进行自动控制，通过水位开关控制水位，洗涤重量传感器据此计算出所需的水位，从而水位传感器进一步控制水位。定时器设计的时间延迟，所以可以设置浸泡、洗涤、漂洗以及脱水时间。研究了一种全自动洗衣机的自动流程，详细分析了该自动洗衣机的硬件系统设计、软件系统设计和电路设计。2全自动洗衣机的总体设计2.1全自动洗衣机的工艺要求市场上有许多型号的全自动洗衣机。本文是关于一台20公斤的全自动洗衣机。在全自动洗衣机中，主要部件是基本相同的，主要由控制单元、旋转电动机、进水电磁阀等组成。识别传感器和安全开关等。全自动洗衣机的工作过程也是差不多的。工作流程包括衣物称重、进水、浸泡、正反转洗涤等环节，另外，还必须根据衣服的重量对水位进行调整。根据以下控制过程的要求，设计全自动洗衣机。首先对衣服进行称重计算，按照计算结果确定洗涤液液位，接着根据进水—浸泡—洗涤—排水—进水—漂洗的顺序开始执行其工作。系统通过操作屏确定当前的洗涤时间和漂洗时间，浸泡时间以及脱水时间，通过时间设定，达到全自动洗衣的流程控制。确切的计划或想法如下：(1)注意当前放入洗衣机的衣服的重量，根据重量计算水位，确定衣服的液面，并设定液面。若洗衣机最大洗涤重量是20公斤,那么用衣服的重量除以20公斤来获得一个比例值,再用这个百分比乘以50%，计算出的结果再加上50%，就是最后水位的百分比值。具体计算公式如下：例如，衣服的重量是10公斤，除以20公斤的百分比是50%，再乘以50%和25%。25%+50%=75%，75%设置为洗衣机当前水平的百分比。（2）洗涤控制当按下系统启动后，洗衣机开始注水运行，当水位达到设定水位值后，喷水阀关闭，按设定的浸泡时间开始浸泡。在浸泡期结束时，按设定的时间进行清洗，清洗将启动发动机快速来回转动。正转10秒后，停止3秒后返回。如果反转10秒，停下来3秒，然后再正转，这样循环往复。洗涤时间结束后，就开始开始排水。（3）漂洗在清洗结束时，排水阀就会打开。当液位达到5%时，就会关闭排水阀，打开喷水阀，并开始喷水。一旦达到设定的水位，就开始冲洗。在冲洗循环过程中，发动机低速前后交替旋转。旋转10秒，暂停3秒，然后再次取消，反方向旋转10秒，停止3秒，接着在正转。洗涤时间结束后，就开始排水。（4）脱水排水水位达到5%时，排水阀就会被打开，发动机开始高速运转，按设定值进行脱水。当脱水时间结束后，整个系统也就停止工作了。（5）保护该系统设有上液位开关和下液位开关，旨在防止因液位传感器损坏而造成的事故，从而造成太大的损失。2.2系统的方案确定根据自动洗衣机控制系统的设计要求，有必要对控制系统进行设计和选择。选择运行模式的时候，必须考虑场地的应用环境、系统的运行要求以及财务投资成本。系统的设计要求必须是可管理的，并适应于工业环境以及后续的更新。控制方式的选择直接关系到系统运行的稳定性以及快速性，为今后系统的更新和转换留有余地，有利于系统的转换和升级。可编程控制器是内部开发和设计以满足工业控制环境的特定要求。可编程控制器包含了最新的研究成果，特别是在信息技术发展、通信技术和传感器应用开发等领域。通过可编程控制器的专用功能模块来实现。在设计之初，控制器具有可编程性，抗干扰能力强，可靠性高，在复杂的工业环境中稳定性好，所以可编程控制器得到了广泛的应用。在洗衣机的自动控制系统中，必须对系统的当前状态进行监控。这些模式应该通过主机界面显示。员工可以通过人机界面了解系统当前的运行情况，并进行数据调查。上位机与可编程控制器通过通信协议连接，可编程控制器内部变量实时更新交互，从而进一步实现现场系统的可视化控制。该系统在系统自动化中非常有用，是一种流行的控制方法，可以依据不同的生产条件改变数据。按照本系统设计的研究内容和控制策略，系统设计考虑了可编程控制器+上位机控制图。该系统是为输入和输出组件设计的。输入部分包括启动按钮、停止按钮等。输出部分包括电机正向旋转、反向旋转等。如下所示：图1系统控制方案图3系统的硬件设计3.1称重传感器的选型该传感器为电阻应变传感器，型号是TSC-300。并且该感应器所需的供电电压为DC24V，被测材料重量范围为0-60KG，模拟量输出数据类型为电流信号。TSC-300称重传感器的硬件接线由两根电源线和两根模拟输出电缆组成。同时，电源线电压等级是DC24V，模拟输出类型是4-20mA。3.2液位传感器的选型液位传感器输出的信号为标准的模拟量信号，通常包含0-10V和4-20mA。液位传感器有二线和四线两种接线方式。在四线制液位传感器中，有两线为DC24V电源线，模拟输出信号通常为0-10V，供电为DC24V电源线。双线液位传感器是设备或可编程控制器的电源。正负极连接液位传感器，检测标准模拟电流信号，输出信号类型为4-20ma。系统的设计需要确定介质的级别。根据设计资料和硬件要求，选择了以下两线液位传感器型号：国产DATA-52系列。检测液的液位范围为0-1m，模拟输出信号为4-20mA。本设备或PLC的电源是DC24V。以上述选择为基础，液位传感器的选择参数如表3-1所示。表1液位传感器的选型参数性能指标指标值型号DATA-52供电电压DC24V测量范围0-1.0Mpa精度等级0.1%FS输出信号4-20MA3.3电机的选型按照洗衣机的容量进行计算，选择该电动机的容量。以20KG的洗衣机为例进行说明。该洗衣机的脱水桶直径相对来说比较大，特别要考虑到偏心量的问题，因此要根据浴室产生的最大偏心量来计算。脱水电机的功率通常要高于洗衣机的功率。所以，如果是20公斤的洗衣机，就应该选择一个功率为750w的电机，和选择的模型是一个YY104-180单相电容电机功率为750瓦,额定电压220v,1350转/分钟的速度和电流2.7A。3.4I/O分配设计设计自动洗衣机控制的I/O分配的时候，主要任务是分配系统外部输入输出信号之间的地址。尤其是在设计软件的时候，必须在程序内保留地址，从而方便程序的设计。特别是在后期调试中，如果出现调试问题，可以在分配的地址处获取I/O表，对问题进行评估，得到相关的问题，为后期的系统调试提供极大的支持。按照本设计的要求，经过分析确定了输入输出函数，并对这些输入输出函数进行了I/O分配设计。具体如下表所示：表2I/O点的分配表输入动作输入I点分配输出动作输出O点分配系统启动I0.0运行指示Q0.0系统停止I0.1洗涤指示Q0.1电源开关I0.2脱水指示Q0.2高液位传感器I0.3漂洗指示Q0.3低液位传感器I0.4电机正转Q0.4手动排水开关I0.5电机反转Q0.5称重模拟量AIW0高速输出Q0.6液位模拟量AIW2电机开关Q0.7进水阀Q1.0排水阀Q1.1脱水阀Q1.23.5可编程控制器的选型随着社会的不断发展和工业自动化的迅速普及，大型自动化控制集成商开始开发自己的产品，从而可以适应工业自动化的发展。中国市场上最常见的自动化产品品牌有德国西门子自动化生产的S7系列可编程控制器等。各公司的产品包括配套的开发和编程软件，特别是西门子开发的大型编程软件Portalsoftware，该软件结合了设备配置设计、STEP7编程设计等。三菱的GX-WORKS编程软件效率高，具有在线仿真功能，能够经过在线仿真来监控当前的业务状况。这些大型的工控产品生产厂家在市场应用上各有优势，是当前工控自动化的主要产品。本系统拟采用西门子S7-200CPU226可编程控制器作为系统控制单元。外部有24个输入接口，16个输出端子，1个220v交流电源。编程软件为Step7-Microwin4.0。产品如图2所示：图2S7-200可编程控制器连续工业变量，如称重变量、液位变量等。需要一个外部识别单元来检测这些变量，并把它们转换成标准模拟信号。模拟信号分为电压型模拟量和电流型模拟量。模拟电压信号主要有0-5V、0-10V；电流模拟信号主要有4-20mA和0-20mA。对于这些通过模拟块输入的模拟信号，转换为6400-32000、0-32000的值。西门子模拟扩展模块，本系统采用EM231输入和处理模拟信号。3.6接线图设计按照自动洗衣机设备的设计要求和产品S7-200CPU226设备的接线规范可知，系统的电源连接器为N和L，分别接在N和L上。AC220V电源通过断路器连接到电池端子上。DI输入部分有常用的连接器1M和2M。公共接头必须接电源的n极，另一端接电源PLC的DI接头。当按钮的常开触点闭合时，可编程控制器对应接头上的指示灯点亮，表示按钮接线正常。DO输出常用的接头有1M,1L等。所有公共连接器的M接头连接电源的N极，所有公共连接器的l端连接电源的l极。在线圈输出执行器中，线圈一端连接可编程控制器的输出，另一端连接电源的负极。当可编程控制器打开时，表示电路有输出，线圈有电压。PLC接线必须正确，不能更换电源。否则，PLC无法工作。对于模拟输入扩展模块的接线，以第一模拟输入模块的接线为例。连接器是RA,A+和A-，其中A+是模拟信号的正侧，A-是负侧。布线时，将连接器连接到连接器，只需将RA连接到A+连接器。模拟输入信号线为屏蔽信号线，以防止信号传输过程中的信号波动和异常磁场干扰。电缆保护层必须与接地接头连接。模拟输入模块的电源为PLC电源。模拟模块有一个拨码开关，可以选择特定的模拟模型。系统选择4-20ma的模拟电流信号，由拨码开关选择电源输入。接线图如图3所示。图3可编程控制器接线图对于电动机的控制如下图4所示.图4电动机接线图在正反转电路控制中，KM1接触器线圈通电时，主触点向内拉，电机开始正向转动。当KM2接触器线圈通电时，主触点向内拉，电机开始向相反方向旋转。他们之间无法同时打开，利用可编程控制器的梯形图进一步形成正反转互锁控制电路。对于KM3设计为高速和低速转换接触器,当KM3接通,为高速运行,当KM3断开,为低速运行.KM4为电动机运行接触器。4全自动洗衣机的软件设计4.1编程软件介绍S7-200PLC专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。编程软件需要安装在Microsoft操作系统上，能够通过用户界面构建程序、设置和配置特殊功能、在线下载和监控程序等。当系统在线时，可以执行可变搜索等操作。该软件具有强大的功能和不同的命令，可以编写不同的操作系统。此外，还可建立MODBUS通信和USS连接。软件安装完成后，可以在对话框中更改界面语言。通信使用专用PPI编程电缆，通过选择控制器、设置数据传输速率和通信地址等方式与PLC进行通信。该编程软件使用方便，功能全面。界面如图5所示。图5STEP7-Micro/WIN软件编程界面4.2功能流程图设计对于自动洗衣机的控制流程功能如图6所示。图6系统控制功能流程图(1)系统在通上电之后，就进入初始化状态，同时准备好启动。(2)放置完衣物后，就按照衣物重量传感器对衣物进行称重，然后计算出水位设定值。(3)启动系统后，进水阀就开启，水面也开始上升。上升到设置的水位值的时候，进水阀就会停止。与此同时，在设定的浸泡时间内对衣物进行浸泡。(4)浸泡时间结束之后,就开始洗涤,根据设定时间,发动机交替快速正转和反转交替，正转10秒后,停止3秒,10秒高速反转后,停止3秒，循环交替运行,直至洗涤时间到达设定时间时,清洗也就结束了。(5)当清洗时间结束之后，发动机停止运转，排水阀打开，同时进行排水。当排水水位达到下限的时候，排水阀就会关闭，同时注水阀就会开启，并开始注水，上升到设定的水面值时，进水阀就会停止注水。(6)关闭进水阀，开始漂洗，按照设定的漂洗时间，发动机缓慢正转和反转交替，缓慢正转10秒，停止3秒，缓慢反转10秒，3秒停止，交替循环继续进行，直到漂洗时间达到设定时间，则漂洗完成。(7)漂洗完毕后，便开始排水。当排水水位达到下限时，排水阀就会关闭，接着会打开脱水阀。按设定的脱水时间操作，发动机高速运转。当脱水时间结束后，系统就会自动停止，洗衣完成。根据工艺流程图的设计思想，在程序设计中结合经验规划方法和顺序控制方法。对于本设计的来说，要应用到大量的中间变量进行程序的说明。具体变量功能如下表3所示。表3中间变量功能表功能变量地址功能变量地址系统运行M1.0漂洗位M2.4浸泡位M2.0第二次排水M2.5洗涤位M2.1脱水位M2.6第一次排水M2.2正转完毕延时M3.0注水位M2.3反转完毕延时M3.1漂洗位M2.4正转完毕延时2M3.3第二次排水M2.5反转完毕延时2M3.4脱水位M2.6工作结束M4.0正转完毕延时M3.0洗涤正转时间T39系统运行M1.0洗涤反转时间T40浸泡位M2.0漂洗延时T41洗涤位M2.1漂洗正转延时T42第一次排水M2.2漂洗反转延时T43注水位M2.3脱水延时T454.3程序的设计4.3.1模拟量转换程序设计系统运行前，采集服装的模拟量信号，获取服装的实时重量值VD0，范围为0-20.0kg，对数据进行相应的处理，转换为液位模拟值，再转换为0-100的实时值。当系统运行的时候，实时计算重量，计算液位的设定点。相应的公式为：VD14=50+VD0*2.5。也就是说，液位的最小设定值是50%。4.3.2洗衣过程自动程序设计当电源开关I0.2时，M0.0亮，表示引擎可以运行；当系统启动的时候，将系统设置为M1.0，按下外部按钮I0.1或进入工作结束信号时，需要将M1.0复位。系统运行的时候，进水阀将水桶灌满水。当液位实时值大于液位设定值的时候，复位Q1.0，并设置浸泡位置M2.0。当M2.0得电后，进行浸泡，T37为浸泡延时，VW20为浸泡延时；系统运行的时候，待浸泡时间结束后，M2回到保温位置，洗涤位M2.1置位。设定洗涤位的时候，运行时间延迟，T38为洗涤延迟位置，VW22为洗涤时间设定。清洗时电机必须高速正反转，清洗连接上升边，设定正转Q0.4，设定快速输出Q0.6。延迟冲洗时间，T39正向冲洗，延迟时间为10秒，当延迟时间过期时，设置正向旋转完成延迟位M3。零Q0.4发动机正转，正向旋转慢了3秒；3秒后，发动机开始倒车，Q0.5设定;发动机在取消时间过去10秒后取消，即取消M3完成延迟。5引擎应运行并复位，当取消结束时，延迟应为3秒。3秒的延迟完成后，将电机正转Q0.4置位。清洗后，将所有继电器复位到清洗位置，复位电机输出。第一次排水时，将排水阀设置为Q11。液位低于5%的时候，将注水位设置为M2.3。同时重置排水水位和排水阀时间。注水位M2.3在得电之后把进水阀Q1.0进行置位。当灌装水位关闭时，进水阀将桶注满水。当液位实时值大于或等于液位设定值时，将Q1.0复位，将M2.4设置为线圈。连接平贴条M2.4时，平贴变慢，T41就是漂洗延时位，VW24是漂洗延时时间；当漂洗位得电后，把Q0.4正转置位，正转置位后，延时10秒；10秒后，M3.3在前进完成后设为减速位置，Q0.4复位停止3秒。当到达延迟时间后，把Q0.5置位。，对漂洗反转进行延时，延时时间是10秒。到达延时时间后，把M3.4反转接通，将反转Q0.5复位。取消法转后，延时3秒，到达延时时间后，把Q0.4置位，再把M3.4复位。漂洗后，漂洗过程中的所有中间继电器必须复位。冲洗完毕后，将水排出，打开排水电磁阀Q1.1.当液位低于5%或接低液位传感器时，关闭排水阀。把电机正转输出，电机高速输出，同时还需要对脱水阀置位。此外，VW26为延迟脱水设置。当延时时间过了，洗衣机就会停止工作。

5结论对于洗衣机的PLC控制的选择是出于PLC的诸多优点。例如，它易于编程，相对稳定，应用广泛，使用和维护也相对容易。在工业中，PLC被广泛应用于控制，尤其是顺序控制。本论文的控制系统使用PLC控制和顺序控制。PLC控制与变频技术的结合，大大降低了洗衣机投放市场时的设